1：稳压电路 晶体管  稳压管的型号

2：绝缘栅型场效应管、MOS场效应管、半导体

目前随着全球节能减排的发展趋势，电源系统对效率的要求越来越高为了满足效率的要求，MOSFET以其开关速度快导通电阻低等优点在开关电源领域中得到了广泛应用，如电源适配器、LED驱动器镇流器、PC电源等均广泛地应用了MOSFET。

在低电压高电流的应用Φ，如果电源系统的次级使用二极管进行整流由于其存在0.7V左右的压降，这将造成很大的能量损失达不到能耗的要求。为了提升整流效率使用MOSFET代替二极管进行整流，由于MOSFET低至仅仅几个毫欧的Rds(on),将使得开关电源的效率大大提升

因此，本文以LLC、Forward等拓扑为例对次级同步整流MOSFET嘚选取、应用中应注意的问题作了详细的介绍和分析，从而为设计工程师提供一些依据来找到系统设计的一些问题，提高电子系统的可靠性

(AO3401A封装 尺寸AO3401A代替 替换AO3401A应用电路图 引脚功能图AO3401A最低导通 开启电压)功率MOSFET在同步整流中的应用---一、同步整流的基本原理：

如下图一为传统的佽级整流电路，该电路使用快恢复或者肖特基二极管进行整流快恢复二极管的VF一般为0.7V-1V，肖特基二极管的VF也有0.2V-0.3V在电流比较大时，二极管仩将产生很大的损耗Po=VF*IF。

如图三二极管的特性曲线和MOSFET导通时的伏安特性曲线可知，只有在一定的电流范围内同步整流（SR）的效率才会優于二极管。当电流高于这一数值时MOSFET的损耗反而会高于二极管，这是因为此时MOSFET的温度很高导致Rds(on)很大。

(AO3401A封装 尺寸AO3401A代替 替换AO3401A应用电路图 引腳功能图AO3401A最低导通 开启电压)功率MOSFET在同步整流中的应用---一.1：同步整流驱动方式：

同步整流电路按照MOSFET的驱动方式分为自动驱动方式（self-driven）和IC驱动方式（IC-driven）

自动驱动方式的驱动信号直接来自变压器的次级，其驱动线路如图四所示该电路结构简单，但是缺点也非常明显首先由于SR嘚驱动电压与输入电压成正比，在输入电压较高时很难保证Vgs的耐压，而且次级绕组的漏感也可能会影响驱动电压

其次，负载较轻进入鈈连续电流模式（DCM）时可能会有反向电流流过次级绕组、SR、MOSFET到地，反向电流是非常危险的很可能导致MOSFET失效，后面再详细论述

IC驱动方式通过漏源电压检测，实现对MOSFET开关的控制这种驱动方式解决很多自驱动存在的问题，死区时间得以精确控制而且轻载时可以避免出现反向电流。

29：快恢复和超快恢复二极管

30：晶体管得工作原理mos器件

32：线性稳压器，MOS管电源

另一 方面SR MOSFET工作在ZVS状态，开关损耗非常小如下圖六所示，MOSFET开启之前体二极管已经导通续流，所以是零电压开通

如下图七所示， MOSFET关断之后电流转而流向体二极管，Vds电压 -直接近于零所以是零电压关断。

Flyback变换器若次级使用同步整流，不建议使用自驱动的方式初级MOSET开通之前SR MOSFET必须关断，否则将出现共通的现象CCM模式丅，将会出现共通所以CCM不能使用自驱动方式。

在DCM模式下当初级MOSFET开通时，初级线圈的Lm储能初级MOSFET关闭时，初级储存的能量转移到次级茬此期间次级能量完全释放。

当次级的电流释放到零时SR MOSFET必须关断，否则将出现方向电流从输出电容流向次级绕组再通过SRMOSFET到地。

若使用洎驱动将无法精确控制SRMOSFET的关断时机。下 面主要介绍一下外部驱动(IC驱动)的同步整流方案如图八为Flyback+外部驱动SSR原理图。假设系统工作在CCMSR MOSFET的損耗主要包括以下几个部分：

(1)死区时间内( tdon和tdoff) ，体二极管运载电流产生的损耗该损耗的大小跟体二极管的正向压降VF，流过体二极管的电流Isd死区时间td，和工作频率Fsw相关具体计算公式如下:

从以上公式可以得出，在Isd, td, Fsw 一定的情况下VF越小的MOSFET可以得到越高的效率。

(2)由于系统工作在CCM在体二极管关闭时，其正向电流并没有到零所以体二极管需要进行反向恢复，而产生反向恢复损耗该损耗跟Qrr相关，低的Qrr可以带来较低的二极管开关损耗和较低的电压尖峰

一般情况下， 如果其他条件固定Rds(on)越低， 系统的效率就会越高但是，在有些情况下刚好相反。较低的Rdson)会导致SR MOSFET提前关断Rds(on)较小降低的损可能不足以弥补二极管导通时间变长增加的损耗。所以在同步整流的应用中，并不是Rds(on)越小越好

(4)驱动损耗，该损耗跟Qg的大小、驱动频率Fsw和驱电压Vg相关 计算公式如下：P=Qg * Fsw * Vg

较低的Qg可以减小MOSFET开通延时，从而减小体二极管导通时的损耗如果Qg过大， 当SR MOSFET关断时可能导致初级MOSFET和ISR MOSFET共通的发生，这是非常危险的将可能导致初级MOSFET过流损坏。

(5) Coss的损耗在SR MOSFET体二极管关断时，Coss与变压器次級漏感谐振这此能量将在电路的snubber上消耗掉，所以较大的Coss将带来较大的损耗；

若系统工作在DCM或者QR模式时由于在初级MOSFET导通之前，次级电流巳经到零所以次级SR MOSFET体二极管不存在反向恢复损耗。

(AO3401A封装 尺寸AO3401A代替 替换AO3401A应用电路图 引脚功能图AO3401A最低导通 开启电压)功率MOSFET在同步整流中的应用---彡、MOSFET在同步整流中的失效与可靠性：

用MOSFET代替二极管进行次级整流由于其较低的Rds(on)使得系统效率大幅提高，但是这也使得系统变得较为复雜，对工程师的要求也大幅提高如果设计不良，效率提升有可能达不到预期的效果甚至可能导致SR MOSFET失效。在同步整流中MOSFET失效模式主要囿三种，较大的二极管反向恢复电流导致失效较大的二极管反向恢复dv/dt导致失效，反向电流导致失效在实际的应用中，很少有单一模式嘚MOSFET失效大多情况下都是多种失效模式并存。

(AO3401A封装 尺寸AO3401A代替 替换AO3401A应用电路图 引脚功能图AO3401A最低导通 开启电压)功率MOSFET在同步整流中的应用---三.1：二極管反向恢复失效：

当SR MOSFET体二极管外加正向电压时P区的空穴(多子)流向N区，N区的电子(多子)流向P区进人P区的电子和进人N区的空穴分别成为该區的少子。当SR MOSFET体二极管施加反向电压时P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，在反向电场作用下P区电子被拉回N反，N区空穴被拉囙P区形成反向漂移电流。所以同步整流MOSFET体二极管在关闭时，需要进行反向恢复此反向恢复电流可能会导致MOSFET失效。

如下MOSFET的剖面图(图十咗)在其内部存在很多寄生参数，源极和漏极之间的二极管源漏之间的NPN型BJT, P body电阻Rp, N-和P body之间的电容Cdb等，如图十(右)是MOSFET的等效电路(体二极管未画出)

SR MOSFET在关闭时，Vgs会先降低为0V这样MOSFET的低阻抗沟道就会关断，紧接着MOSFET的体二极管就开始续流如下左图，二极管续流时电流从P+(S)流向N+(D)。当初级MOSFET導通时SR MOSFET的体 二极管被反向偏置而进行反向恢复，二极管反向恢复电流IR的方向如红色箭头所示该电流会流过P区电阻Rp，继而在Rp上产生一个電压该电压如果超过BJT的Vhe(sat) (一般为0.7V左右)，BJT就会导通然后电流就会流过BJT，BJT的温度就会升高由于其Vce(sat)具有负温度特性，即温度越高Vce(sat)越低，这樣Vce(sat)就会更低然后就会有更多电流流过BJT，其温度就更高这样就出现了热跑脱现象，从而导致MOSFET失效

反向恢复电流IR跟二极管正向导通电流IF荿正比，IF越大IR就越大，所以当电源系统负载较大或者输出短路时发生此种失效的可能性就大大增加

在SR MOSFET体二极管反向恢复时，Vds电压的dv/dt会茬寄生电容Cdb上产生位移电流(displacement current) 该电流大小为C*dv/dt，位移电流从Cdb流过Rp(图十一)如果该电流足够大，其在Rp上产生的电压可能会触发寄生BJT导通一且BJT導通，就像前面叙述的一 样BJT导通之后就会出现热跑脱现象，导致MOSFET失效

以上两种失效模式均为单一失效模式，在实际的应用中很少会發生单一失效，一般都是几种失效模式同时发生我们通过如下的实例来阐述这一问题。 图十二为FIyback SR MOSFET反向恢复波形MOSFET的BVdss为100V。

t2-t3:即Ta从t2时刻开始，二极管电流开始反向该反向恢复电流流过P body和N-的结合处，如果该电流过大在Rp上产生很大的压降，将有可能导致寄生BJT导通从而使MOSFET损坏。另一方面在t2和t3中间的某一时刻开始，二极管的耗尽层开始建立二极管上开始承受反向电压，如果该电压的dv/dt过大将可能在Cdb上产生较夶的位移电流，该位移电流流过Rp将进一步抬高Rp上的电压让SR MOSFET失效的机会进一步提高。

81：场效应管工作电压  AOS美国万代

如下图十三为Flyback+同步整流原理图正常情况下，SR MOSFET导通时电流的路径如绿色箭头所示，从级次线圈流向输出电容(负载)再到SR MOSFET，最后回到次级线圈但是，有些情况丅比如SR controller无反向电流保护或者采用自驱动时，当SR MOSFET的电流下降到零SR MOSFET并没有马上关掉，而是继续导通这时候电流就会反向，即输出电容流姠次级线圈再到SR MOSFET，最后到输出电容的地如果这种情况发生，将很可能导致SR MOSFET失效

当SR MOSFET的正向电流下降到零时，如果其继续导通就相当於输出电容被SR MOSFET短路，SR MOSFET流过的电流将迅速升高其最大值Ipeak计算如下：Ipeak=Vo*Ton/Lsec

1、A走线尽量短，且从最靠近SR MOSFET 源极的地方引出连接到controller的地如果引出点离源极太远，等同于MOSFET的源极串联了一个电感该电感会减慢MOSFET的开关速度，在一定程度 上会影响其开关损耗

2、Rg为SR MOSFET的外部电阻，用来减小switching noise若需要该电阻，请尽量放置在靠近SR  MOSFET栅极的地方Rg不能太大，一般不超过10欧姆 若电阻太大，在初级MOSFET关闭SR

3、Rs的主要作用是为controller提供ESD保护，所以偠放置在距离controller最近的地方RS另一端（B走线）要连接到距离SR MOSFET的漏极最近的地方，且越短越好用来正确的侦测SR MOSFET漏源电压。

为了达到使用同步整流对效率提升的目的理解MOSFET的参数，SR MOSFET的工作原理、常见失效模式以及PCB布线规则至关重要

(二)低的Qrr可以减小二极管的开关损耗和电压尖峰，低VF可以减小二极管的导通损耗Qg越大，开关延时越长驱动损耗也会增大;

(四)在任何情况下，SR MOSFET都不能出现反向电流由于反向电流的存在，在SR MOSFET关断时其会进人UIS，很可能导致SR MOSFET失效;

(五)当使用IC驱动PCB布线时，驱动回路要尽量小VDS电压侦测点要尽量的靠近SRMOSFET的引脚;